Археологический комплекс состоит из трех основных слоев, которые археологи относят к эпохе неолита. В самом древнем третьем слое найдены монолитные трехметровые колонны, соединенные стенами из необработанного камня в виде округлой или овальной постройки. Подобные колонны были установлены и в центре сооружения. Полы здесь были из обожженного известняка, а вдоль стен были высечены низкие каменные скамьи. Кроме того, в святилище устанавливали скульптуры лис и кабанов. Всего вскрыто четыре таких сооружения, каждое диаметром от десяти до тридцати метров. По данным проведенных здесь геофизических исследований, в недрах холма существует еще шестнадцать таких сооружений. Камень добывали неподалеку, выламывая его с помощью каменных клиньев. В каменоломнях обнаружено несколько незаконченных колонн, длина которых достигает девяти метров.
Второй слой соответствует периоду 7500–6000 лет до н. э. В это время над засыпанными землей древнейшими сооружениями были построены четырехугольные залы с полами из полированного известняка. Верхние слои сильно повреждены из-за выветривания и активного земледелия.
На колоннах храмов вырезаны животные и абстрактные пиктограммы. Эти знаки не могут быть системой письма, но при этом отражают общеупотребительные сакральные символы той культуры, известные другим неолитическим культурам. Среди легко узнаваемых изображений — быки, львы, кабаны, газели, лисы, змеи, паукообразные, насекомые, птицы (чаще всего водоплавающие и грифы). Изображения грифов связывают с похоронной особенностью местного культа; предполагается, что мертвых не хоронили, а оставляли на съедение этим птицам (позже это было принято у огнепоклонников), а головы покойников отделяли от туловища и хранили как символы культа предков. Изображений человека представлено немного, среди них есть рисунок обезглавленного тела, которое окружили грифы. На Т-образных колоннах можно увидеть также изображения рук, возможно, символизирующих людей.
В храмах обнаружено множество кремневых артефактов (преимущественно это наконечники стрел и скребла), а также кости различных животных. Предполагается, что храмовый комплекс был объектом и целью паломничества для людей, которые жили за сто и более километров. Здесь происходили ритуальные фиесты и, возможно, даже жертвоприношения. При храме постоянно жили несколько служителей культа.
Все заключения относительно храмового комплекса Гебекли-Тепе пока носят исключительно предварительный характер, так как раскопки ведутся лишь на ограниченном участке (пять процентов) его территории. Археологи считают, что изучение этого места будет продолжаться еще не менее пятидесяти лет.
Так как комплекс возник еще до неолитической революции происхождение в данном регионе земледелия и скотоводства следует, по-видимому, отнести к периоду после 9000 года до н. э. В то же время создание столь грандиозного сооружения требовало серьезных усилий большого количества людей, а также определенной социальной организации. Для мезолита это совершенно нехарактерно.
По приблизительным оценкам современных исследователей для изготовления и доставки колонн массой десять — двадцать тонн от каменоломни до места строительства, то есть на расстоянии до пятисот метров, при отсутствии тягловой силы животных требовались усилия пятисот человек. На самом деле некоторые колонны весят и пятьдесят тонн, поэтому людей нужно было еще больше. Есть мнения, что на таких работах использовали рабский труд, а это также нехарактерно для тогдашних сообществ собирателей и охотников. Подобные работы требовали планомерных усилий и наличия определенной социальной иерархии, в которой многие люди подчинялись одному военному или религиозному лидеру, и он потом должен был контролировать проведение ритуалов. В таком случае само существование храмового комплекса в такую далекую историческую эпоху говорит о социальном расслоении в очень ранний период развития неолитической культуры.
В начале VIII тысячелетия до н. э. храмовый комплекс Гебекли-Тепе утратил свое изначальное значение. Но при этом он не был просто забыт и покинут, чтобы со временем разрушиться из-за естественного процесса выветривания. Он был специально засыпан тремястами — пятьюстами кубометрами земли. Кем и почему это было сделано, до сих пор не выяснено. Можно только предположить, что после своеобразной «коммунистической» революции в соседнем неолитическом селении Чайоню население таким образом «похоронило» свои прежние верования и идеологию.
С точки зрения ученых Иванова и Гамкрелидзе (армянская гипотеза), Армянское нагорье было родиной всех ранних индоевропейских народов. К этой точке зрения довольно близка и анатолийская гипотеза, которая центром иррадиации индоевропейских языков считает запад Анатолии.
В 2010 году с места археологических раскопок была украдена стела с рельефами головы человека в верхней части и животного в нижней. После этого случая вход посторонних на место раскопокограничили.